ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД

Схема включения, электромеханические и механические характеристики асинхронных двигателей

Наиболее распространенными типами нерегулируемых электро­приводов являются электроприводы с короткозамкнутыми асинхрон­ными двигателями. Для нерегулируемых электроприводов характерен пуск электродвигателя прямым включением в сеть с помощью контакт­ной аппаратуры без промежуточных преобразователей электрической энергии.

Стандартная схема силовых цепей включения короткозамкнутого асинхронного двигателя с помощью контактов пускателя приведена на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Схема включения короткозамкнутого асинхронного двигателя с использованием контактного пускателя

Для расчета характеристик асинхронного двигателя, как правило, пользуются его математической моделью, которая в общем случае представляется различными схемами замещения. Наиболее простой и удобной для инженерных расчетов асинхронного двигателя является Т-образная схема замещения (см. рис. 5.2).

Нарис. 5.2 приняты следующие обозначения:

Uij - фазное напряжение обмотки статора;

Щ - активное сопротивление обмотки статора;

Х1о - индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора;

11 - ток обмотки статора;

Ei - ЭДС обмотки статора;

і

- активное сопротивление обмотки ротора, приведенное к об­мотке статора;

і

Х2а - индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора, при­веденное к обмотке статора;

і

12 - ток обмотки ротора, приведенный к обмотке статора; s = (со0 - со)/со0 - скольжение;

оо0 = 2 ■ л ■ fi/zp - синхронная угловая скорость; со - угловая скорость асинхронного двигателя; zp - число пар полюсов;

fx - значение частоты напряжения переменного тока, подводимого к обмотке статора;

Ет - ЭДС от главного магнитного потока машины;

і

Е 2 ЭДС обмотки ротора, приведенная к обмотке статора.

Векторная диаграмма токов, ЭДС и напряжений, удовлетворяющая системе уравнений (5.1), изображена на рис. 5.3.

Ток ротора /2, приведенный к обмотке статора асинхронного дви­

где XKYl = XiQ + Xiv - индуктивное сопротивление короткого замыка­ния.

і

Уравнение /2 = /( v) называется электромеханической характери-

стикой асинхронного двигателя.

Для короткозамкнутого асинхронного двигателя представляет ин­терес другая электромеханическая характеристика I= f ( v), отражаю­щая зависимость тока статора! от скольжения s.

Задаваясь скольжением s можно по (5.10) и (5.2) построить, соот­ветственно, механические и электромеханические характеристики асин­хронного двигателя, которые представлены на рис. 5.4.

При скольжениях 0 < s < 1 асинхронная машина работает в двига­тельном режиме, при s < 0 - в генераторном режиме параллельно с се­тью (рекуперативное торможение), при s > 1 - в генераторном режиме последовательно с сетью или в режиме торможения противовключени-

Механические характеристики, приведенные на рис 5.4, а имеют в двигательном режиме три характерные точки:

1) ,v = 0; М= 0, при этом скорость двигателя равна синхронной ®о = 2-л-/і/-р;

2) s = sK; М = Мвд, что соответствует точке с критическим сколь­жением и критическим моментом двигательного режима;

3) s = 1, при этом скорость двигателя будет равна нулю, а момент равен пусковому М = Ми.

Электромеханические характеристики, приведенные на рис 5.4, б, имеют две характерные точки в двигательном режиме:

і

1) ^ = 0; /2 = 0, при этом скорость двигателя равна синхронной ®о = 2-^-/1/zP ;

2) s = 1, при этом скорость двигателя будет равна нулю, а ток рото-

t (

ра - току короткого замыкания (/2 = /2кз )•

Механические и электромеханические характеристики асинхронно­го двигателя не совпадают даже построенные в безразмерных единицах.

Различают естественную и искусственные механические характе­ристики асинхронного двигателя.

Под естественной механической характеристикой асинхронного двигателя будем понимать зависимость момента двигателя М от его скольжения s при номинальной схеме включения двигателя, номиналь­ных параметрах питающей сети (£/1н, /ін) и отсутствии добавочных со­противлений в цепях двигателя. Все остальные характеристики называ­ются искусственными. С помощью искусственных характеристик асин­хронного двигателя регулируют его скорость в соответствие с требова­ниями технологического процесса.

Как следует из уравнения механической характеристики асинхрон­ного двигателя (5.7), регулировать его скорость можно, изменяя один или несколько параметров:

U j - фазное напряжение обмоток статора двигателя;

Л’їдоб - добавочное активное сопротивление статора;

А"| Доб - добавочное индуктивное сопротивление статора;

і

і?2доб - добавочное активное сопротивление ротора, приведенное к обмотке статора;

і

Х2доб - добавочное индуктивное сопротивление ротора, приведен­ное к обмотке статора;

©о = 2 • л • flZp - синхронную угловую скорость изменением чис­ла пар полюсов Zp или частоты fx напряжения переменного тока, под­водимого к обмотке статора.

Из всего многообразия искусственных механических характери­стик асинхронного двигателя практический интерес в настоящее время могут представлять только следующие способы регулирования:

• регулирование скорости изменением добавочного активного сопротивления в цепи обмотки ротора асинхронного двигателя с фаз­ным ротором;

• регулирование скорости изменением фазного напряжения ко­роткозамкнутого асинхронного двигателя;

• частотное регулирование скорости короткозамкнутого асин­хронного двигателя.

Статические механические и электромеханические характеристики асинхронных двигателей благоприятны для пусков двигателей прямым включением в сеть. Поскольку пуск двигателя происходит достаточно быстро, то кратковременная перегрузка по току даже в 6 - 8 раз не опас­на для него ни с точки зрения больших ударных динамических момен­тов, ни с точки зрения больших пусковых токов, которые много меньше пусковых токов естественной характеристики двигателей постоянного тока независимого возбуждения той же мощности. Ограничения на пря­мой пуск асинхронных двигателей накладываются не самим двигателем, а питающей сетью.

Если сеть имеет ограниченную мощность или большое внутреннее сопротивление, то пусковые токи двигателя будут вызывать в этой сети большие падения напряжения. Естественно, что это скажется на режи­мах работы других потребителей энергии. По правилам Ростехнадзора напрямую можно запускать асинхронные двигатели, если их мощность

Рдв<0,25-аеТи, (5.12)

где (2сети - мощность питающего трансформатора подстанции в том случае, если от сети не питается осветительная аппаратура.

При питании осветительной аппаратуры от общей сети асинхрон­ный двигатель можно пускать прямым включением в сеть, когда

Рдв<0,05-бсети - (5.13)

Если условия (5.12) и (5.13) не выполняются, то способы токоогра-

ничения вытекают из уравнения тока короткого замыкания асинхронно­

го двигателя.